모기는 종종 세계에서 가장 위험한 동물로 간주됩니다. 피부를 통해 피를 먹으면서 말라리아, 뎅기열, 지카 바이러스, 황열병과 같은 치명적인 질병을 일으키는 병원균을 옮깁니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 모기 매개 질병으로 매년 700,000명 이상이 사망합니다.

모기 먹이 행동을 연구하면 질병 전파를 줄이기 위한 대책을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 그러한 연구는 역사적으로 살아있는 동물이나 자원 봉사자를 식량원으로 사용했습니다. 실제로 필요한 것은 실시간 지원자 없이 잠재적인 새로운 모기 구충제를 선별할 수 있는 처리량이 많은 자동 분석입니다. 연구원 라이스 대학 (Rice University) 및 Tulane 대학 이제 그 목표를 향한 유망한 단계가 될 수 있는 생체 재료 기반 플랫폼을 개발했습니다.

"그것은 거대한 게임 체인저"라고 모기 전문가는 말합니다. 돈 웨슨 언론 성명에서 Tulane의 공중 보건 및 열대 의학 학교에서. "모기가 먹이를 먹는 방법과 먹이를 먹는 과정에서 무엇을 하는지 연구할 수 있다면 질병을 전염시킬 수 있는 모기의 잠재력을 더 잘 이해할 수 있고 모기가 먹이를 먹지 못하도록 조치를 취할 수 있습니다."

"우리는 이 플랫폼이 미래에 질병의 확산을 줄이기 위해 더 효과적인 구충제에 대한 유망한 후보를 신속하게 식별할 수 있기를 바랍니다."라고 첫 번째 저자는 말했습니다. 케빈 잰슨 라이스 대학교 출신.

에 설명된 모기 먹이 플랫폼 생명 공학과 생명 공학의 개척자, 피부를 모방하기 위해 생체 적합성 하이드로 겔을 사용합니다. 연구원들은 혈액이나 다른 액체로 채울 수 있는 간단한 혈관 네트워크를 포함하는 하이드로겔의 직사각형 패치를 3D로 인쇄했습니다. 그들은 하이드로겔이 저렴한 비용으로 대규모로 인쇄될 수 있고 필요할 때까지 냉장 보관될 수 있다는 점에 주목합니다.

하이드로겔 패치는 관류 챔버에 장착되어 온도 조절을 위한 발열체와 함께 지속적인 혈액 공급을 제공합니다. 섭식 테스트를 위해 모기를 가두기 위해 최대 XNUMX개의 패치를 유리 우리 안에 보관하고 각 패치를 겨냥한 라즈베리 파이 카메라로 곤충의 착지 위치와 섭식 패턴을 기록합니다.

180개월 동안 Janson과 동료들은 20개 이상의 모기 먹이 패턴 기록을 수집했습니다. 이 실험을 위해 그들은 동물의 혈액으로 하이드로겔을 채우고 우리에 30-30마리의 모기를 도입하고 45-XNUMX분의 먹이 활동을 기록했습니다.

그런 다음 연구원들은 이 비디오를 사용하여 기계 학습 모델을 훈련시켜 카메라의 시야에서 모기를 감지했습니다. 그들은 또한 모델을 훈련시켜 모기의 복부가 부풀어 있는지(섭취로 인해) 또는 그렇지 않은지(비섭식) 여부를 식별했습니다.

훈련된 모델은 98%의 정확도로 모기를 식별할 수 있었고 96%의 정확도로 복부가 울퉁불퉁한지 여부를 분류할 수 있었습니다. Janson은 기계 학습 모델이 실험 분석을 자동화하고 인간이 할 수 있는 것보다 훨씬 더 빠르고 일관되게 결과를 제공할 수 있다고 말합니다.

먹일 것인가 말 것인가

하이드로겔을 먹고 사는 모기가 혈액 자체에 유인되는지 여부를 확인하기 위해 연구원들은 혈액, 빨간색 잉크 또는 인산염 완충 식염수(PBS)를 컨트롤로 관류한 하이드로겔이 포함된 세 개의 우리를 모두 37°C로 가열하여 실험을 수행했습니다. 그들은 각 우리에 약 20-30마리의 모기를 도입하고 그들의 먹이 행동을 관찰했습니다.

모기는 모든 하이드로겔 주변에서 상당한 시간을 보냈지만 혈액이 포함된 하이드로겔만 먹었습니다. 이 실험을 통해 하이드로겔이 본질적으로 모기를 유인하는 것이 아니며, 혈액의 시각적인 외관이 아니라 화학 성분이 곤충을 유인한다는 사실을 확인했습니다.

연구원들은 또한 모기 먹이 플랫폼을 사용하여 두 가지 구충제, 즉 25% DEET와 레몬-유칼립투스 식물(OLE)의 오일에서 추출한 식물성 구충제의 효과를 평가했습니다. 그들은 다시 DEET, OLE 또는 PBS로 코팅된 하이드로겔을 포함하는 세 개의 먹이 케이지를 준비했습니다. 모든 하이드로겔은 37°C로 가열된 혈액으로 관류되었습니다.

이 실험은 DEET와 OLE의 기피 효과를 성공적으로 검증했습니다. 기피제로 코팅된 하이드로겔을 혈액에 먹인 모기는 없었지만 대조군 우리의 모기는 13.8%가 먹였습니다. 연구팀은 컨트롤에서 상대적으로 낮은 공급 속도가 하이드로겔의 작은 표면적 때문이며, 이는 향후 플랫폼에서 증가될 수 있다고 지적합니다.

AI와 적외선 분광법으로 모기의 나이와 종을 식별합니다.

이 플랫폼은 현재 주로 실험실 모기에 최적화되어 있습니다. Aedes aegypti 본 연구에서는. 그러나 종종 다른 먹이 경향을 나타내는 야생의 모기를 분석하는 데 적용할 수 있습니다. 현장에 플랫폼을 배치하는 것은 몇 가지 문제를 제기하지만 연구자들은 예를 들어 자동차 배터리를 모바일 전원으로 사용하고 혈액을 인공 단백질 공급원으로 대체함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다고 생각합니다.

현재 팀은 모기를 먹이는 동안 뎅기열의 바이러스 전파를 조사하기 위해 플랫폼을 사용하고 있습니다. 향후 연구에는 말라리아 기생충이 포함될 것입니다. "하이드로겔을 생산할 수 있는 규모와 다른 구성 요소의 저렴한 비용을 고려할 때 우리 플랫폼은 향후 높은 처리량 테스트를 지원하도록 조정될 수 있다고 추측합니다."라고 Jansen은 말합니다. 물리 세계.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/synthetic-skin-removes-the-need-for-human-volunteers-in-mosquito-bite-trials/